(57)【要約】【課題】  この発明は、製造上で精度が出し易く、遠心力により羽根上下端部の外反りが生じにくく、風車の設置現場で羽根の受風面積を変えることのできる風車の羽根と、その羽根をもつ縦軸風車を提供することを目的としている。【解決手段】    縦軸風車の回転体４周部に配設される羽根８であって、主体部９とその左側面縦中央部に配設された取付支持体１０とで構成され、主体部９は、縦方向において中材部９１とその上下の端材部９２とに分割して結合可能に形成され、該各分割端部にフランジ９ｃ、９ｄが形成され、中材部９１と端材部９２とはフランジ９ｃ、９ｄ結合される羽根８。【選択図】    図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
縦軸風車の回転体周部に配設される羽根であって、主体部とその左側面縦中央部に配設された取付支持体とで構成され、主体部は、縦方向において中材部とその上下の端材部とに分割して結合可能に形成され、該各結合端部にフランジが形成され、中材部と端材部とはフランジ結合されることを特徴とする羽根。
【請求項２】
前記端材部は、先端部が左側へ４３度〜４７度の範囲で傾斜していることを特徴とする、請求項１に記載された羽根。
【請求項３】
縦軸風車の回転体周部に配設される羽根であって、主体部とその左側面縦中央部に配設された取付支持体とで構成され、主体部の上下部に、緊張体固定具が上下対称に、所定間隔を置いて配設されていることを特徴とする羽根。  
【請求項４】
前記緊張体固定具は、羽根の上下において、それぞれ羽根の前後に位置して、一対が配設されていること、を特徴とする請求項３に記載された羽根。
【請求項５】
前記緊張体固定具は、基部の基端部にアンカが形成されていることを特徴とする、請求項３，４のいずれかに記載された羽根。
【請求項６】
前記緊張体固定具は、アンカによって、上下の緊張体固定具同士が結合されていることを特徴とする、請求項３〜５のいずれかに記載された羽根。
【請求項７】
前記緊張体固定具は、アンカによって、前後の緊張体固定具同士が結合されていることを特徴とする、請求項３〜６のいずれかに記載された羽根。  
【請求項８】
縦軸に水平に配設された回転体の周部に、羽根が複数配設された風車であって、羽根は主体部と、その左側面縦中央部に配設された取付支持体とで構成され、該主体部は、中材部と端材部とに分割して結合可能に構成され、中材部と端材部との分割端部にはフランジが形成され、縦寸法の異なる端材部の結合で、受風面積を変化させられるように構成されていることを特徴とする縦軸風車。
【請求項９】
縦軸に水平に配設された回転体の周部に、羽根が複数配設された風車であって、羽根は主体部と、その左側面縦中央部に配設された取付支持体とで構成され、該羽根の上下端縁部に、上下対称に緊張体固定具が左側に臨んで配設され、羽根が回転体周部に取付支持体で固定された状態で、各羽根は対面する方向の複数の羽根との間で、緊張体固定具同士が、緊張体で緊張されていることを特徴とする縦軸風車。
【請求項１０】
前記緊張体固定具は、羽根の上下において、それぞれ羽根の前後に位置して一対が配設され、羽根の前後隣接関係において、こちらの前部の緊張体固定具と、回転前方の羽根の後部の緊張体固定具とを、緊張体で連結緊張されていることを特徴とする請求項９に記載された縦軸風車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風車の羽根並びに縦軸風車に係り、特に、羽根の主体部を縦方向で上下に分割してフランジ結合し、回転時に遠心力による羽根上下部の外反りを抑止した、風車の羽根並びに縦軸風車に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、風力発電機の風車は、横軸プロペラ式が使用され、風力回収率が３５％程度と云われる縦軸風車は、実用性がないものとして使用されていないのが現状である。
これに対して発明者は、例えば特許文献１のような、回転効率の良い縦軸風車を開発した。    
【特許文献１】特開２００２−３３２９５１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
縦軸に水平に配設された回転体の周部に、羽根の縦中央部を固定する形態の風車においては、羽根の縦長さを特定しておくと、風車の設置場所の地理的条件により、受風面積などが適切でない場合があり、また羽根の縦寸法を数多く用意することは、コスト面で問題があり、また、既設のものを新規の物と交換するには、費用の面で問題がある。  
【０００４】
また、羽根の縦中央部で支持する形態の風車は、回転効率は良いが、高速回転して来ると、遠心力によって羽根の上下端部が外反りになり、風の弱まりによってそれが元に戻り、これの反復継続を繰り返すと、羽根の疲労が生じて折損しやすくなる。
また、羽根の縦長が長くなると、羽根の製造上で精度が出しにくくなり、また回転時において、羽根に捻れなどが生じる虞がある。
【０００５】
この発明は、それらの実情に鑑みて、羽根の受風面積を、設置現場で容易に変更することができ、製造上で精度が出し易く、遠心力により羽根上下端部の外反りや、捻れの生じにくい風車の羽根と、その羽根をもつ縦軸風車を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明は、前記課題を解決し、目的を達成するために、羽根の主体部を、縦で分割してフランジ結合をした。また回転体に配設された、対面する羽根同士の上下部を、緊張体で緊張させた。発明の具体的な内容は次の通りである。
【０００７】
(1)  縦軸風車の回転体周部に配設される羽根であって、主体部とその左側面縦中央部に配設された取付支持体とで構成され、主体部は、縦方向において中材部とその上下の端材部とに分割して結合可能に形成され、該各結合端部にフランジが形成され、中材部と端材部とはフランジ結合される羽根。  
【０００８】
(2)  前記端材部は、先端部が左側へ４３度〜４７度の範囲で傾斜している、前記(1)に記載された羽根。
【０００９】
(3)  縦軸風車の回転体周部に配設される羽根であって、主体部と、その左側面縦中央部に配設された取付支持体とで構成され、主体部の上下端縁部に、緊張体固定具が上下対称に、所定間隔を置いて配設されている羽根。  
【００１０】
(4)  前記緊張体固定具は、羽根の上下において、それぞれ羽根の前後に位置して、一対が配設されている、前記(3)に記載された羽根。
【００１１】
(5)  前記緊張体固定具は、基部の基端部にアンカが形成されている、前記(3)(4)のいずれかに記載された羽根。
【００１２】
(6)  前記緊張体固定具は、アンカによって、羽根上下の緊張体固定具同士が結合されている、前記(3)〜(5)のいずれかに記載された羽根。
【００１３】
(7)  前記緊張体固定具は、アンカによって、羽根前後の緊張体固定具同士が結合されている、前記(3)〜(6)のいずれかに記載された羽根。          
【００１４】
(8)  縦軸に水平に配設された回転体の周部に、羽根が複数配設された風車であって、羽根は主体部と、その左側面縦中央部に配設された取付支持体とで構成され、該主体部は、中材部と端材部とに分割して結合可能に構成され、中材部と端材部との分割端部にはフランジが形成され、縦寸法の異なる端材部の結合で、受風面積を変化させられるように構成されている縦軸風車。
【００１５】
(9）  縦軸に水平に配設された回転体周部に、複数の羽根を配設された風車であって、羽根は主体部と、その左側面縦中央部に配設された取付支持体とで構成され、該羽根の上下端縁部に、上下対称に緊張体固定具が左側に臨んで配設され、羽根が回転体周部に取付支持体で固定された状態で、各羽根は対面する方向の複数の羽根との間で、緊張体固定具同士が緊張体で緊張されている縦軸風車。
【００１６】
(10)  前記緊張体固定具は、羽根の上下において、それぞれ羽根の前後に位置して一対が配設され、羽根の前後隣接関係において、こちらの前部の緊張体固定具と、回転前方の羽根の後部の緊張体固定具とが、緊張体で連結緊張されている、前記(9)に記載された縦軸風車。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によると、次のような効果がある。
【００１８】
(1)  請求項１に記載された発明の風車の羽根は、主体部が中材部と端材部とに分割され、フランジ結合するように構成されているので、縦長の羽根も、成形時に寸法の誤差がなく成形することができる効果がある。また、端材部の長さの異なるものを選択して組立てることによって、羽根の縦長さを変えて、受風面積を容易に変化させることができる効果がある。フランジ結合により、フランジによる剛性の附加があり、外反りや捻れ方向の強度も高めることができる効果がある。
【００１９】
(2)  請求項２に記載された発明の羽根は、端材部の先端部が左側へ傾斜しているため、受風効率が良く、回転初期における高速回転域に達する時間を短縮させる事ができる効果がある。
【００２０】
(3)  請求項３に記載された発明の羽根は、主体部の上下端縁部に、上下対称に緊張体固定具が、所定間隔を置いて配設されているので、回転体に配設された、対面する羽根同士で、その上下部を緊張体で緊張させることができる。これによって回転時における遠心力がかかっても、羽根の上下部が外反りになりにくく、疲労が生じにくいので耐久性に優れている効果がある。
【００２１】
(4)  請求項４に記載された発明の羽根は、羽根の上下において、それぞれ羽根の前後に位置して、一対の緊張体固定具が配設されているので、回転体に配設された羽根の前後関係で、前部と後部とを緊張体で連結緊張させることができるため、回転時において遠心力がかかっても、羽根の上下部が外反りになりにくく、また羽根の前後の捻れが生じにくい効果がある。
【００２２】
(5)  請求項５に記載された発明の羽根は、緊張体固定具基部の基端部に、アンカが形成されており、羽根の成形時にアンカ部が埋設されているため、回転時に羽根に強い遠心力がかかっても、緊張体固定具の抜け出しや、羽根主体部の破損が生じにくい効果がある。また、アンカは羽根主体部の補強材としての効果もある。
【００２３】
(6)  請求項６に記載され発明の羽根は、上下の緊張体固定具同士が、１っのアンカによって、結合されているので、羽根の成形時において位置決めしやすく、作業性に優れ、また、長いアンカが羽根主体部の補強材として利用される効果がある。
【００２４】
(7)  請求項７に記載された発明の羽根は、前後の緊張体固定具同士が、アンカによって結合されているので、アンカ部分が羽根の補強材になり、また、長いアンカが羽根主体部の補強材として利用される効果がある。  
【００２５】
(8)  請求項８に記載された発明の縦軸風車は、羽根の主体部が、中材部と端材部とに分割構成され、中材部と端材部との結合端部には、フランジが形成され、縦寸法の異なる端材部の結合で、羽根全体の縦寸法と、受風面積を変えられるように構成されているので、一度設置した風車の回転速度と、その地理的条件とに対応して、取替えることができる効果がある。
【００２６】
(9)  請求項９に記載された発明の縦軸風車は、回転体周部に配設された羽根の上下端縁部に、上下対称に緊張体固定具が左側に臨んで配設され、羽根が回転体周部に取付支持体で固定された状態で、各羽根は対面する方向の複数の羽根との間で、緊張体固定具同士が緊張体で緊張されているので、高速回転時において、羽根に強い遠心力がかかっても、羽根同士が緊張体を介して互いに引合うので、羽根上下端部が外反りになりにくい効果がある。
【００２７】
(10)  請求項１０に記載された発明の縦軸風車は、前記緊張体固定具が、羽根の上下において、それぞれ羽根の前後に位置して一対が配設され、羽根の前後隣接関係において、こちらの前部の緊張体固定具と、前方の羽根の後部の緊張体固定具とを、一つの緊張体で連結緊張されているので、羽根の前後関係においても、遠心力や風圧による捻れが生じにくい効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
風車の羽根の主体部を、縦において中材部と端材部とに上下で分割し、フランジ結合するように構成した。中材部に結合する端材部の長さの長短により、回転体に配設された羽根の、縦寸法を変化させ、受風面積を変化させることができる。
【００２９】
羽根の縦寸法が長くなって、回転時に於ける遠心力による外反りに対しても、フランジが強度を高める。また対面する複数の羽根同士間で、羽根の上下部それぞれにおいて、緊張体で緊張させる。これにより、回転時に遠心力が羽根にかかっても、羽根同士で引き合いをすることにより、羽根上下端部が外反りを抑制される。風力発電機の風車に適用される。
【実施例１】
【００３０】
本願発明の実施の形態例を、図面を参照して説明する。図１は第１実施例を示す本発明に係る風車の羽根（以下単に羽根という）の正面図、図２は羽根の左側面図、図３は図１におけるＡーＡ線横断平面図、図４は第１実施例、本発明縦軸風車の要部正面図である。
【００３１】
図において、羽根(8)はＦＲＰで形成され、縦長さは、例えば１８０ｃｍ〜３５０ｃｍなどに設定され、主体部(9)が、縦方向において、中材部(91)と端材部(92)とに分割形成されて、フランジ(9c)(9d)を介して結合されている。この分割数は任意である。
【００３２】
中材部(91)と端材部(92)との接合部には、それぞれフランジ(9c)(9d)が形成されている。各フランジ(9c)(9d)には、図３に示すように、ネジ孔(9e)が穿孔されている。また端材部(92)の先端部には、左傾部(93)が形成されている。該左傾部(93)は、羽根の左側面を高速で通過する風の拡散を規制して、羽根の左側面に生じる負圧を減少させず、回転速度を向上させる。左傾部(93)の角度は例えば４３度〜９０度など任意である。  
【００３３】
この主体部(9)は、図３に示すように、ＦＲＰで中空に形成され、中に補強リブ(9f)が縦長に形成されている。これによって、主対部(9)は軽量で、かつ剛性に優れている。
中材部(91)と端材部(92)との結合は、それぞれフランジ(9c)(9d)を合わせて、間に図示しないガスケット（合成樹脂・金属）を介在させ、ネジ孔(9e)に図示しないボルトネジを嵌装して結合させる。必要に応じて、フランジ(9c)(9d)部分に、緊張体固定具(11)が、一体形成若しくは別体で配設される。
【００３４】
中材部(91)は、例えば一定の規格の大きさに設定する。端材部(92）も、いくつかの大きさの異なった規格を作り、羽根(8)の受風面積に対応させて、必要に応じて、羽根(8)の全体寸法に適するものを選択して  中材部(91)と結合させる。これによって、羽根(8)の縦長さを長短変化させることができ、羽根(8)全体の受風面積を変えることができる。
【００３５】
このように、羽根(8)の主体部(9)を、フランジ(9c)(9d)を介して結合させるように分割して設定しているので、縦長の長い羽根も、製造時に場所をとらずに容易に形成することが出来、また丈が短かいので、寸法精度を高めることができる。
【００３６】
また風車の設置場所において、風況に合わせて羽根(8)の縦長さを変え、受風面積を変化させて、最適条件に設定することができる。
フランジ(9c)(9d)が存在することによって、回転時に於ける遠心力に対し、外反りや捻れに対しても羽根(8)の剛性が維持できる。この主体部(9)の分割数は任意である。
【００３７】
図４において、縦軸風車(1)は、主部(2)に縦軸(3)が垂直に、かつ回転自在に支持されている。該縦軸(3)の上縁部には、回転体(4)が水平に配設されている。主部(2)において、縦軸(3)に連結して発電機を配設することによって、風力発電機にすることができる。
回転体は(4)は、例えば直径４ｍで、該回転体(4)の外周部に、羽根(8)の取付支持体(10)を嵌合させて固定され、等間隔で複数の羽根(8)が配設されている。
【００３８】
図４において、各羽根(8)の緊張体固定具(11)から、対面する羽根(8)の緊張体固定具(11)にかけて、緊張体(14)が張設されている。
緊張体固定具(11)は、図示のものは略板状で、先端部に孔状の固定部(12)が形成され、基部は主体部(9)に埋設されており、該固定部(12)に緊張体(14)が固定される。該緊張体(14)は、例えばワイヤ、ピアノ線、型材など任意である。
【００３９】
これによって、回転体(4)が高速回転して、羽根(8)に強い遠心力がかかっても、各羽根(8)は、緊張体(14)によって回転体(4)、あるいは対面方向の羽根(8)に緊張されているので、羽根(8)の上下端部が外反りになることが抑止される。またフランジ(9c)(9d)があるために、羽根(8)の捻れも生じにくい効果がある。
【実施例２】
【００４０】
図５は第２実施例を示す縦軸風車の平面図、図６は縦軸風車の正面図、図７は第２実施例を示す羽根の正面図、図８は図７におけるＡーＡ線横断平面図である。前例と同じ部位には同じ符号を付して説明を省略する。
【００４１】
図５において、風車(1)の回転体(4)は、例えば直径４ｍで、図５に例示するように、軸部(5)に複数の支持アーム(6)が、それぞれ放射方向に向けて配設され、各支持アーム(6)の先端部に、これを連結するように環縁体(7)が配設されている。
該環縁体(7)は、フライホイルとして利用される。該環縁体(7)の外周部に、羽根(8)が等間隔で複数配設されている。
【００４２】
図７において羽根(8)は、ＦＲＰ製の縦長（回転体の直径、受風面積、などにより適宜変化させる）で、正面において、主体部(9)左側面の縦中央部に、取付支持体(10)が突設されている。該羽根(8)の左側面、上下端縁部には、上下対称に緊張体取付具(11)が配設されている。  
【００４３】
羽根(8)の横断面は、図８に例示するように、略魚形状に形成され、左側に回転推力を造成する膨出部(9a)が形成されている。この羽根(8)についても、図１のフランジ結合を適用することができる。
緊張体取付具(11)は、図示のものは略板状で、先端部に孔状の固定部(12)が形成され、緊張体取付具(11)の基部は、図８に示すように、羽根(8)の主体部(9)に埋設するように構成され、基端部には直交状にアンカ(13)を配設することができる。
【００４４】
羽根(8)は、図５に示すように、取付支持体(10)を回転体(4)の周部に外嵌する態様で固定される。その後、各羽根(8)の対面する複数の羽根(8)との間で、各緊張体取付具(10)同士を、緊張体(14)で連結して緊張する。緊張体(14)は、回転体(4)の放射方向に対して斜めに張設されるので、風切り性がよく、風による唸りが生じにくい。
【００４５】
上記構成の風車(1)は、羽根(8)に風を受けると、Ａ矢示方向に回転する。高速回転をすると、羽根(8)の上下端部が、外向きの遠心力を受ける。しかし、羽根(8)の対面する複数の羽根(8)同士の間で、緊張体(14)によって緊張されているので、羽根(8)同士は互いに引き合うため、羽根(8)の上下端部は遠心力による外反りが生じにくい。
【００４６】
なお、図５、図６において、緊張体取付具(11)から緊張体(14)を斜めにして、支持アーム(6)に連結させることができる。この場合、羽根(8)は緊張体(14)を介して支持アーム(6)に固定されるため、緊張体(14)に遊びが生じないが、羽根(8)同士間の緊張では、羽根(8)の撓みがあるので、無理な力がかかりにくい。
【００４７】
緊張体取付具(10)は、図８に例示するように、基端部を羽根(8)の主体部(9)に埋設することにより、取付強度を高めることができる。この基端部に直交するようにアンカ(13)を配設することができる。該アンカ(13)は、羽根(8)の強度を高めることができる。
【００４８】
該アンカ(13)は、上下の緊張体取付具(10)に連通する長い物でも良い。その場合、縦中間で取付支持体(10)の基端部と結合させることができる。これら緊張体取付具(10)の取付け態様については、図１の羽根(8)に対しても適用される。
【実施例３】
【００４９】
図９は第３実施例を示す風車の平面図、図１０は、第３実施例を示す羽根の横断面図である。前例と同じ部位には、同じ符号を付して説明を省略する。
この実施例において、羽根(8)は、図７における上下の緊張体固定具(11)の高さ位置において、羽根(8)の前後方向の端部に、それぞれ図１０に示すような、緊張体固定具(11)が配設されている。
【００５０】
図９における回転体(4)の、周部に配設された複数の羽根(8)は、それぞれ回転方向の前後に隣接する羽根(8)同士の、前部と後部の緊張体固定具(11)間に、それぞれ緊張体(14)が連結、緊張されている。
【００５１】
これによって、回転体(4)が回転したとき、羽根(8)それぞれに遠心力がかかるので、羽根(8)は、緊張体(14)を介して引き合うことになり、各羽根(8)個々の上下端部は、外反りになりにくい。
また、羽根(8)は、１８０度の回転で向きを半転させるが、羽根(8)の前後は、異方向に緊張されているので、風圧による羽根(8)前後の捻れが生じにくい。
【００５２】
図１０に示す緊張体(11)は、例えば環付きネジのようなものでも良い。前後の緊張体(11)は、それぞれ単体が示されているが、この基端部同士を図示しないアンカで、結合させるようにすることができる。これによって、前後の緊張体(11)同士の間隔が一定化され、羽根(8)の成形時において作業性が向上する。
【００５３】
図１０において、緊張体(11)は、基部が上下に長い板状物とすることができる。それによって、羽根(8)の強度を高めることができる。また、その長い部分は羽根に重量を付加させるので、回転時に於ける回転慣性を高める。ここにおける緊張体固定具(11)の取付け位置は、図１における羽根(8)にも適用される。
【実施例４】
【００５４】
図１１は、第４実施例を示す羽根の正面図、図１２はその平面図である。前例と同じ部位には、同じ符号を付して説明を省略する。この実施例４の羽根(8)は、主体部(9)の上下端部が、左側へ略４０度〜４８の範囲、好ましくは４３度〜４７度傾斜した傾斜部(9b)が、形成されていることに特徴がある。
この傾斜部(9b)の形成によって、平板状の羽根でも、初期回転速度が短持間で高速域に達する。
【００５５】
回転時の羽根(8)に遠心力と風圧がかかると、傾斜部(9b)が揺れることがある。従って、図１２に示すように、羽根(8)の上下先端部の前後端部に、それぞれ緊張体固定具(11)を配設した。緊張体(14)は図９に示すように配設される。緊張体(14)は、回転体(4)の放射方向に対して、斜めに張設されるので、風切り性に優れて、風による唸りが生じにくい。
【００５６】
これによって、羽根(8)の上下傾斜部の先端部は、左側面における斜め前後に緊張体(14)で緊張されることになるため、左側に傾斜している傾斜部(9b)は、捻れや前後揺れが抑制される。ここにおける羽根(8)にも、図示するようにフランジ結合を適用することができる。なお、この発明は、前記実施例に限定されるものではなく、目的に沿って適宜設計変更させることができる。各実施例は、それぞれ組合わせる事ができる。      
【産業上の利用可能性】
【００５７】
この風車は、縦軸の下部に発電機の駆動軸を連結することによって、風力発電機とすることができる。また揚水機、巻上機、製粉機その他の動力に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明に係る第１実施例羽根の正面図である。
【図２】本発明に係る第１実施例羽根の左側面図である。
【図３】図１におけるＡーＡ線横断平面図である。
【図４】本発明に係る第１実施例縦軸風車の正面図である。
【図５】本発明に係る第２実施例縦軸風車の平面図である。
【図６】本発明に係る第２実施例縦軸風車の正面図である。
【図７】本発明に係る第２実施例風車の羽根の正面図である。
【図８】図７におけるＡーＡ線横断平面図である。
【図９】本発明に係る第３実施例縦軸風車の平面図である。
【図１０】本発明に係る第３実施例風車の羽根の横断平面図である。
【図１１】本発明に係る第４実施例風車の羽根の正面図である。
【図１２】本発明に係る第４実施例風車の羽根の平面図である。
【符号の説明】
【００５９】
(1)風車
(2)主部
(3)縦軸
(4)回転体
(5)軸部
(6)支持アーム
(7)環縁体
(8)羽根
(9)主体部
(9a)膨出部
(9b)傾斜部
(9c)(9d)フランジ
(9e)穿孔
(9f)リブ
(91)中材部
(92)端材部
(93)左傾部
(10)取付支持体
(11)緊張体固定具
(12)固定部
(13)アンカ
(14)緊張体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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